Краткие теоретические сведения. Ионным произведением воды KВ называют произведение активности (или концентрации) ионов водорода на активность (или концентрацию) гидроксид-ионов

Ионным произведением воды K _В называют произведение активности (или концентрации) ионов водорода на активность (или концентрацию) гидроксид-ионов

K _В = а × а = [Н ⁺]×[ОН ^– ]. (38)

K _В характеризует равновесие процесса диссоциации воды по схеме Н₂О = Н ⁺ + ОН ^–. Ионное произведение воды является постоянной величиной и зависит только от температуры раствора. Если раствор имеет комнатную температуру, то при расчетах K _Впринимают равной 1×10^–14.

Концентрации Н ⁺ и ОН ^– принято выражать в логарифмических единицах, в виде так называемых водородного показателя рНи гидроксильного показателя рОН

рН = – lg а = –lg[Н⁺], (39)

рОН = – lg а = – lg[ОН^–], (40)

Из уравнения (38) с учетом формул (39) и (40) следует, что

рН + рОН = 14. (41)

По значению рН растворы принято делить на три группы:

1) кислые –рН < 7; 2) щелочные – рН > 7; 3) нейтральныео – рН = 7.

Растворы, содержащие слабый электролит и его соль, способны поддерживать постоянным значение рН раствора. Такие растворы называют буферными. Их можно разделить на два типа: кислотный буфер – состоит из слабой кислоты и её соли; основной буфер – состоит из слабого основания и его соли.

Расчет концентрации ионов Н ⁺ в кислотном буфере следует вести по формуле

[Н⁺] = , (42)

где К _Д(кислоты) – константа диссоциации слабой кислоты; [кислоты], [соли] – молярные концентрации кислоты и ее соли, моль/дм³.

Из формулы (42) следует, что

рН = р K _Д(кислоты) – lg , (43)

где р К _Д(кислоты) = –lg К _Д(кислоты).

По аналогии для буферной смеси слабого основания и его соли

рН = 14 – р K _Д(основания) + lg , (44)

где р K _Д(основания) = -lg K _Д(основания).

Способность буферного раствора поддерживать постоянное значение рН определяется его буферной ёмкостью В, которая характеризуется количеством моль сильной кислоты или сильного основания, которое требуется ввести в 1 дм³ буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу. Буферная ёмкость выражается в моль/дм³ и определяется по формуле

, (45)

где С ₂ – молярная концентрация сильной кислоты или основания; V – объём добавленного сильного электролита; V_В – объём буферного раствора; ΔpH – величина изменения рН раствора.

Добавление к буферному раствору кислоты понижает рН раствора, а прибавление щелочи увеличивает рН раствора. Буферная ёмкость раствора тем больше, чем выше концентрация его компонентов.